CN108075765A - 感测器接口电路和感测器输出调整方法 - Google Patents

感测器接口电路和感测器输出调整方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一实施例提供了一种感测器接口电路和感测器输出调整方法。感测器接口电路包括一处理器以及一增益控制电路。处理器取得一感测器的一线性区间的信息以设定对应所述感测器的一配置。增益控制电路耦接所述处理器，对对应所述线性区间的一最大电性值以及一最小电性值执行一归零操作，以及根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对所述线性区间的一斜率执行一输出全摆幅控制操作，其中所述模拟至数字转换器是所述感测器接口电路的一次级电路。

Description

感测器接口电路和感测器输出调整方法
技术领域
本发明说明书主要是有关于一感测器接口电路技术，特别是有关于可应用在不同种类感测器的感测器接口电路，以及标准化不同种类感测器的感测器输出。
背景技术
针对不同的应用，不同种类的感测器被开发出来。在现今新感测器的开发，新的感测器需要通过一认证平台来进行认证。然而，若认证平台不能满足新的感测器的需求，就需要设计出新的认证平台。因此，感测器的开发时间将会被延长。
此外，不同种类的感测器会具有不同特性信息或需要不同驱动电路。也就是说，针对不同种类的感测器的开发和认证，每一种不同种类的感测器需要本身专属的感测器接口电路。因此，不同种类的感测器的开发和认证缺乏了效率和弹性。
发明内容
有鉴于上述先前技术的问题，本发明提供了感测器接口电路和感测器输出调整方法。
根据本揭露的一实施例提供了一种感测器接口电路。所述感测器接口电路包括一处理器，以及一增益控制电路。处理器取得一感测器的一线性区间的信息以设定对应所述感测器的一配置。增益控制电路耦接所述处理器，对对应所述线性区间的一最大电性值以及一最小电性值执行一归零操作，以及根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对所述线性区间的一斜率执行一输出全摆幅控制操作，其中所述模拟至数字转换器是所述感测器接口电路的一次级电路。处理器更根据所述线性区间定义一感测器范围
根据本发明的一实施例提供了一种感测器输出调整方法。感测器输出调整方法的步骤包括：取得一感测器的一线性区间的信息；对对应所述线性区间的一最大电性值以及一最小电性值执行一归零操作；根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对所述线性区间的一斜率执行一输出全摆幅控制操作；以及设定所述对应所述感测器的一配置。
关于本发明其他附加的特征与优点，此领域的熟悉技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本案实施方法中所揭露的感测器接口电路以及感测器输出调整方法，做些许的更动与润饰而得到。
附图说明
图1是显示根据本揭露的一实施例所述的感测器接口电路100的方块图；
图2A是显示根据本揭露的一实施例所述的一种感测器示意图；
图2B是显示根据本揭露的另一实施例所述的一种感测器示意图；
图3A-图3C是显示根据本揭露的一实施例所述的感测器线性区间与电路输出响应的示意图；
图4是显示根据本揭露的一实施例所述的增益控制电路120的方块图；
图5A-图5B是显示根据本揭露的另一实施例所述的感测器线性区间与电路输出响应的示意图；
图6是显示根据本揭露的一实施例所述的开关电路150的方块图；
图7是根据本揭露的一实施例所述的感测器输出调整方法的流程图。
【符号说明】
100 感测器接口电路
110 处理器
120 增益控制电路
130 驱动电路
140 储存装置
150 开关电路
200 感测器
410 位准位移电路
420 增益控制器
430 放大器
610-1、610-2、610-3、610-4、610-5、610-6 开关
620-1、620-2、620-3 感测器
具体实施方式
本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
图1是显示根据本揭露的一实施例所述的感测器接口电路100的方块图。感测器接口电路100可应用在针对不同种类感测器的开发的一认证平台。也就是说，感测器接口电路100可应用在不同种类的感测器，例如：电压触发-电压输出(voltage-excited-voltage-output)的感测器(如图2A所示)或电流触发-电压输出(current-excited-voltage-output)的感测器(如图2B所示)，但本揭露并不以此为限。
感测器接口电路100包括一处理器110、一增益控制电路120、一驱动电路130以及一储存装置140。注意地是，为了阐明本揭露的内容，图1仅是显示一简化的方块图，在此方块图中仅显示和本揭露相关的元件。然而，本揭露并不以图1所示的方块图为限。
图3A-图3C是显示根据本揭露的一实施例所述的感测器线性区间与电路输出响应的示意图。图3A为一感测器的响应(环境物理量和感测器元件值之比)范例。图3B为根据此范例感测器并透过特定拓扑得到的电性响应(环境物理量和电性输出之比)。图3C为根据此范例感测器并配合本案提出的方法所得到的电路输出响应(环境物理量和本案提出的方法电路模拟输出之比，适用于输入范围为0～3.3V的模拟数字转换器)。
根据本揭露的一实施例，当一感测器200连接至感测器接口电路100，处理器110会扫描对应感测器200的环境值(environment value)，以取得线性区间(linear region)的信息(如图3A所示)，以及感测器200的其他相关的特性信息(例如：感测器200的灵敏度)。举例来说，若感测器200的感测环境是对应电流，处理器110会从0安培(A)到100安培(A)扫描对应感测器200的环境值。当处理器110扫描对应感测器200的环境值后，感测器200会产生对应电流范围(0A～100A)的感测值，且根据感测器200的拓扑(topology)(如图2A所示)将感测值转换为感测器200的电性值(electronic value)。接着，处理器110会取得感测器200的线性区间的信息。以图3A和图3B为例，当处理器110扫描对应感测器200的环境值时，感测器200会产生对应扫描环境值的电流区间的感测值，且根据感测器200的拓扑，将感测值转换为感测器200的电性值。当感测器200的电性值产生后，处理器110会取得感测器200的线性区间(从Sbottom至Stop)的信息。感测器200的线性区间可视为感测器200的操作区间。当感测器200操作在线性区间时，感测器200会产生与环境物理量成线性变化的感测值，易于根据感测值判断环境的物理量。
处理器110根据感测器200的线性区间，可定义一感测器范围(sensor range)、一最大电性值、一最小电性值，以及线性区间的斜率。以图3B为例，感测器范围是从Sbottom至Stop、最大电性值是Etop、最小电性值是Ebottom，且线性区间的斜率为ΔE/ΔS，其中ΔE＝Etop-Ebottom，且ΔS＝Stop-Sbottom。
根据本揭露的一实施例，驱动电路130耦接至处理器110以及感测器200。当感测器200连接至感测器接口电路100时，驱动电路130会传送一驱动源(例如：一驱动电压或一驱动电流)至感测器200。根据本揭露的一实施例，当处理器110取得感测器200的线性区间(如图3B所示)的信息时，处理器110会根据感测器200的线性区间，校正驱动源的值。也就是说，当感测器200的电性值超过线性区间时，处理器110会降低驱动源的值。根据本揭露的一实施例，针对不同种类的感测器，驱动电路130是一可程序(programmable)驱动器。根据本揭露的一些实施例，一些种类的感测器不需要驱动源，即可感测环境直接产生信号。
根据本揭露的实施例，对应线性区间的相关参数，以及感测器200的其他相关特性信息会被储存或记录在储存装置140。因此，在处理器110已扫描对应感测器200的环境值，取得对应感测器200的线性区间的信息，以及对应线性区间的相关参数后，当感测器200产生感测器输出(或感测信号)时，处理器110将会从储存装置140读取感测器200的相关信息，而不用再次扫描对应感测器200的环境值。
根据本揭露的一实施例，感测器200的相关特性信息会被预先储存在储存装置140。举例来说，和处理器200的数据库(data sheet)相关的信息会被预先储存在储存装置140，其中数据库中可包括感测器200的线性区间以及相关特性信息的信息。因此，在本揭露的此实施例中，处理器110会直接从储存装置140读取感测器200的特性信息，以根据此特性信息取得感测器200的线性区间的信息。也就是说，处理器110不需要扫描对应感测器200的环境值(或感测值)来取得感测器200的线性区间以及相关特性信息的信息
根据本揭露的一实施例，当处理器110已经根据线性区间，定义感测器范围、最大电性值、最小电性值，线性区间的斜率，处理器110会透过增益控制电路120对感测器200的感测器输出执行一归零操作(return-to-zero)以及一输出全摆幅(full-scale)控制操作，以提高感测器输出的增益效果。
增益控制电路120会对感测器200的感测器输出执行一归零操作。在归零操作时，增益控制电路120会执行一直流位准位移(direct-current(DC)level shift)操作。也就是说，对应感测器200的线性区间的电性值会减掉一直流位准，以使得最小电性值位移至0(或趋近0)。以图3B为例，若最大电性值Etop是2.5伏特(V)且最小电性值Ebottom是1.5伏特(V)，在归零操作后，最大电性值Etop将会位移至1伏特(2.5V-1.5V)，以及最小电性值Ebottom将会位移至0伏特(1.5V-1.5V)。此外，其他对应感测器200的线性区间的电性值亦会被减掉1.5V。
在归零操作后，增益控制电路120会根据一模拟至数字转换器(analog-to-digital(ADC)convertor)的一最大输入范围，对线性区间的斜率执行一输出全摆幅控制操作，其中模拟至数字转换器是感测器接口电路100的一次级电路(subsequent-stagecircuit)。在输出全摆幅控制操作下，对应感测器200的线性区间的电性值会被乘上一增益值，以使得最大电性值会变为模拟至数字转换器的最大输入范围。以图3B和图3C为例，若在归零操作后，最大电性值Etop是1伏特且最小电性值Ebottom是0伏特，且模拟至数字转换器的最大输入范围是3.3伏特，当对应感测器200的线性区间的电性值会乘上一增益值时，最大电性值Etop会变为模拟至数字转换器的最大输入范围是3.3伏特，其中此增益值为3.3/(2.5-1.5)。透过输出全摆幅控制操作后，线性区间的斜率就会被改变。如图3C所示，线性区间的斜率会从ΔE/ΔS变为Δln/ΔS。此外，透过输出全摆幅控制操作后，感测器200的线性区间会被调整至可应用在模拟至数字转换器的最大输入范围，以增加模拟至数字转换器的解析度(resolution)。
在归零操作和输出全摆幅控制操作后，感测器输出会被提供给模拟至数字转换器以及其他后端装置(post device)，以进行后端处理(post processing)，例如：数字信号处理和信号分析。对于不同种类的感测器，经过归零操作和输出全摆幅控制操作后，不同种类的感测器的感测器输出会根据模拟至数字转换器的最大输入范围被标准化(standardized)。标准化的感测器输出可被提供给模拟至数字转换器以及其他后端装置，以进行后端处理。
注意地是，为了阐明本揭露的内容，图3A-图3C仅是显示本揭露的一实施例，但本揭露并不以图3A-图3C所示的内容为限。也就是说，根据不同种类的感测器，图3A-图3C所示的线性区间和相关参数会有所不同。
图4是显示根据本揭露一实施例所述的增益控制电路120的方块图。如图4所示，增益控制电路120可包括一位准位移电路410、一增益控制器420以及一放大器430。位准位移电路410可是一减法器(subtractor)，以执行归零操作。增益控制器420会根据模拟至数字转换器的最大输入范围以及位准位移电路410的输出，决定增益值。放大器430可是一乘法器(multiplier)，以执行输出全摆幅控制操作。注意地是，为了阐明本揭露的内容，图4仅是显示一简化的方块图，在此方块图中仅显示和本揭露相关的元件。然而，本揭露并不以图4所示的方块图为限。
根据本揭露的一实施例，感测器接口电路还包括一偏移消除电路(offsetcancelation circuit)(图未显示)。偏移消除电路耦接至增益控制电路120。偏移消除电路用以在感测器200的感测器输出传送给增益控制电路120的前，消除感测器200的感测器输出的偏移。根据本揭露的一实施例，不同感测器的偏移会储存在储存装置140中。根据本揭露的一实施例，偏移消除电路可包括或整合在增益控制电路120中。
在归零操作和输出全摆幅控制操作后，处理器110会设定对应感测器200的配置(configuration)，并将此配置储存在储存装置140中。当感测器200产生新的感测器输出，处理器110会从储存装置140读取对应感测器200的配置，而不用再次执行上述操作。
根据本揭露的一实施例，若感测器200的目标区间(target region)小于感测器200的线性区间，处理器110会从线性区间选取目标区间，并放大对应目标区间的感测器输出，以增加模拟至数字转换器的解析度和准确性。目标区间表示在电流环境中，感测器200仅会感测在目标区间的范围内的信号。
图5A-图5B是显示根据本揭露的另一实施例所述的感测器线性区间与电路输出响应的示意图。图5A为某一特定应用下感测器的目标区间(即在此应用下，感测器不会变动超出目标区间范围外)的感测器的响应(环境物理量和感测器元件值之比)范例。图5B为根据此范例感测器并配合本案提出的方法所得到的电路输出响应(环境物理量和本案提出的方法电路模拟输出之比，适用于输入范围为0～3.3V的模拟数字转换器)。
以图5A-图5B为例，处理器110会从线性区间(如图5A所示)选取目标区间(例如：40A～41A)，也就是说，Sbottom会变为40，且Stop会变为41。接着，处理器110会放大对应目标区间的感测器输出(如第5B图所示)。第5A和5B图所示的“max”是表示模拟至数字转换器的最大输入范围。根据本揭露的一实施例，当处理器110扫描对应感测器200的环境值，以取得感测器200的线性区间和其他相关特性信息的信息时，处理器110可直接扫描对应目标区间的环境值。
根据本揭露的一实施例，感测器接口电路100可包含一开关电路150。开关电路150包括分别对应不同感测器的复数开关。处理器110会扫描对应不同种类的感测器的环境值，以取得不同种类的感测器的线性区间和其他相关特性信息的信息，以及透过分时多工的方式对不同种类的感测器进行归零操作和输出全摆幅控制操作。也就是说，通过切换开关，处理器110可分别连接到不同感测器。
图6是显示根据本揭露一实施例所述的开关电路150的方块图。如图6所示，在开关电路150中，开关610-1配置在驱动电路130和感测器620-1之间，开关610-2配置在增益控制电路120和感测器620-1之间，开关610-3配置在驱动电路130和感测器620-2之间，开关610-4配置在增益控制电路120和感测器620-2之间，开关610-5配置在驱动电路130和感测器620-3之间，以及开关610-6配置在增益控制电路120和感测器620-3之间。处理器110会通过切换开关610-1、开关610-2、开关610-3、开关610-4、开关610-5和开关610-6，扫描对应感测器620-1、620-2和620-3的环境值，以取得感测器620-1、620-2和620-3的线性区间和其他相关特性信息的信息。感测器620-1、620-2和620-3的线性区间和其他相关特性信息的信息会储存在储存装置140。此外，处理器110会通过增益控制电路120分别对感测器620-1、620-2和620-3的处理器输出进行归零操作和输出全摆幅控制操作。注意地是，为了阐明本揭露的内容，图6仅是显示一简化的方块图，在此方块图中仅显示和本揭露相关的元件。然而，本揭露并不以图6所示的方块图为限。
图7是根据本揭露的一实施例所述的感测器输出调整方法的流程图。此感测器输出调整方法可应用在感测器接口电路100，以开发不同种类的感测器。首先，在步骤S710，感测器接口电路100取得感测器的线性区间的信息。在步骤S720，感测器接口电路100针对对应线性区间的最大电性值和最小电性值执行一归零操作。在步骤S730，感测器接口电路100根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对线性区间的斜率执行一输出全摆幅控制操作，其中模拟至数字转换器是感测器接口电路100的一次级电路。在步骤S740，感测器接口电路100设定对应感测器的一配置。根据本揭露的实施例，在感测器输出调整方法中，感测器接口电路100更储存对应线性区间的相关参数，以及对应感测器的配置。根据本揭露的实施例，在感测器输出调整方法中，感测器接口电路100更根据线性区间定义一感测器范围。
根据本揭露的一些实施例，在感测器输出调整方法中，感测器接口电路100更传送一驱动源至感测器，以及根据感测器的线性区间校正驱动源的值。
根据本揭露的一些实施例，在步骤S710，感测器接口电路100会先扫描环境值，然后根据扫描到的环境值取得感测器的线性区间的信息。根据本揭露的一些实施例，在步骤S710，感测器接口电路100会直接读取预先储存在储存装置的感测器的特性信息，以根据此特性信息感测器的线性区间的信息。
根据本揭露的一些实施例，在感测器输出调整方法中，感测器接口电路100更在步骤S720的前，消除感测器输出的偏移。根据本揭露的一些实施例，在感测器输出调整方法中，感测器接口电路100更从线性区间选取一目标区间，以及放大对应目标区间的感测器输出。
在本揭露的感测器输出调整方法中，感测器接口电路100可应用在一认证平台以开发不同种类的感测器。也就是说，当在开发不同种类的感测器时，将不需要针对每一种不同种类的感测器设计专属的感测器接口电路。因此，将会增加了不同种类的感测器在开发和认证上的效率和弹性。
本发明的说明书所揭露的方法和演算法的步骤，可直接透过执行一处理器直接应用在硬件以及软件模块或两者的结合上。一软件模块(包括执行指令和相关数据)和其它数据可储存在数据记忆体中，像是随机存取记忆体(RAM)、快闪记忆体(flash memory)、只读记忆体(ROM)、可抹除可编程只读记忆体(EPROM)、电子可抹除可编程只读记忆体(EEPROM)、暂存器、硬盘、可携式应盘、光盘只读记忆体(CD-ROM)、DVD或在此领域已知技术中任何其它计算机可读取的储存媒体格式。一储存媒体可耦接至一机器装置，举例来说，像是计算机/处理器(为了说明的方便，在本说明书以处理器来表示)，上述处理器可透过来读取信息(像是程序码)，以及写入信息至储存媒体。一储存媒体可整合一处理器。一特殊应用集成电路(ASIC)包括处理器和储存媒体。一用户设备则包括一特殊应用集成电路。换句话说，处理器和储存媒体以不直接连接用户设备的方式，包含于用户设备中。此外，在一些实施例中，任何适合计算机程序的产品包括可读取的储存媒体，其中可读取的储存媒体包括和一或多个所揭露实施例相关的程序码。在一些实施例中，计算机程序的产品可包括封装材料。
注意地是，尽管未明确指定，但在此描述的方法的一个或多个步骤可以根据特定应用的需要，包括存储、显示和/或输出步骤。换言之，在所述方法中讨论的任何数据、记录、字段和/或中间结果可以根据特定应用的需要，被存储、显示和/或输出到另一个设备。虽然前面所述是针对本发明的实施例的，别的和更多的本发明实施例可以被设计而不偏离其基本范围。本文给出的各个实施例或其各个部分，可以被组合以建立更多的实施例。上述本发明实施例内容呈现了实现本发明的最佳模式。上述本发明实施例内容用于举例说明本发明的一般原理的实例的目的，不应被用以限制本发明。本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中揭露的任何特定架构或功能仅为一代表性的状况。根据本文的教示，任何熟知此技艺的人士应理解在本文揭露的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (22)

1.一种感测器接口电路，包括：
一处理器，取得一感测器的一线性区间的信息以设定对应所述感测器的一配置；以及
一增益控制电路，耦接所述处理器，对对应所述线性区间的一最大电性值以及一最小电性值执行一归零操作，以及根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对所述线性区间的一斜率执行一输出全摆幅控制操作，其中所述模拟至数字转换器是所述感测器接口电路的一次级电路。
2.根据权利要求1所述的感测器接口电路，还包括：
一储存装置，耦接至所述处理器，且储存对应所述线性区间的相关参数，以及对应所述感测器的所述配置。
3.根据权利要求2所述的感测器接口电路，其中所述储存装置预先储存所述感测器的特性信息。
4.根据权利要求3所述的感测器接口电路，其中所述处理器读取所述感测器的所述特性信息，且根据所述特性信息取得所述感测器的所述线性区间的所述信息。
5.根据权利要求1所述的感测器接口电路，还包括：
一驱动电路，耦接至所述处理器，且传送一驱动源至所述感测器。
6.根据权利要求5所述的感测器接口电路，其中所述处理器根据所述感测器的线性区间，校正所述驱动源的值。
7.根据权利要求1所述的感测器接口电路，其中所述处理器扫描环境值，且根据扫描到的所述环境值，取得所述感测器的所述线性区间的所述信息。
8.根据权利要求1所述的感测器接口电路，其中所述处理器根据所述线性区间定义一感测器范围。
9.根据权利要求1所述的感测器接口电路，还包括：
一偏移消除电路，耦接至所述增益控制电路，且消除一感测器输出的一偏移。
10.根据权利要求1所述的感测器接口电路，其中所述处理器从所述线性区间选取一目标区间。
11.根据权利要求1所述的感测器接口电路，还包括：
一开关电路，耦接至所述增益控制电路，且包括复数开关，其中所述处理器通过切换所述复数开关，分别连接至不同感测器。
12.一种感测器输出调整方法：包括：
取得一感测器的一线性区间的信息；
对对应所述线性区间的一最大电性值以及一最小电性值执行一归零操作；
根据一模拟至数字转换器的一最大输入范围，对所述线性区间的一斜率执行一输出全摆幅控制操作；以及
设定所述对应所述感测器的一配置。
13.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
储存对应所述线性区间的相关参数，以及对应所述感测器的所述配置。
14.根据权利要求13所述的感测器输出调整方法，还包括：
预先储存所述感测器的特性信息。
15.根据权利要求14所述的感测器输出调整方法，还包括：
读取所述感测器的所述特性信息；以及
根据所述特性信息取得所述感测器的所述线性区间的所述信息。
16.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
传送一驱动源至所述感测器。
17.根据权利要求16所述的感测器输出调整方法，还包括：
根据所述感测器的线性区间，校正所述驱动源的值。
18.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
扫描环境值；以及
根据扫描到的所述环境值，取得所述感测器的所述线性区间的所述信息。
19.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
根据所述线性区间定义一感测器范围。
20.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
消除一感测器输出的一偏移。
21.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
从所述线性区间选取一目标区间。
22.根据权利要求12所述的感测器输出调整方法，还包括：
通过切换一开关电路，分别连接至不同感测器，以设定对应不同感测器的配置。
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